给水处理与制水工艺.ppt

1、给水处理与制水工艺,大沙沟净水厂,青山净水厂,沙河口净水厂,三道沟净水厂,第一章 给水处理概述,第一节 原水中的杂质,一、原水中的杂质的来源和分类,2、分类 按在水中的存在状态可分为三类：悬浮物、胶体和溶解物。,1、来源 一是自然过程，例如地层中矿物质在水中的溶解；水中微生物的繁殖及其死亡残骸；水流冲刷地表及河床所带入的植物和泥沙、腐殖质等。二是工业废水、生活污水及其他废弃物排入水体，同时也使原水中杂质更趋复杂。,水的自然循环,二、悬浮物和胶体杂质,1.悬浮物 颗粒尺寸较大，在水中的状态受颗粒本身的质量影响较大。在动水中，常呈现悬游状态。在静水中，比重较大的颗粒在重力作用下自然沉降；比重较小的颗粒，可上浮水面。来源：一是水流对地表、河床的径流冲刷，以及水中动植物及其死亡残骸；二是各种废水、废弃物排入水体所带来的。,2.胶体 颗粒尺寸微小，它在水中的状态取决于颗粒本身质量和表面性能。胶体颗粒在水中相当稳定，长时间静置也不会自然沉降。原水中的胶体颗粒一般均带负电荷，如粘土类胶体，但有时也含有少量带正电荷的金属氢氧化物胶体。,悬浮物和胶体杂质对光线有反射和散射作用，它们是使水产生浑浊现象的主要根源，这两类杂质是生活饮用水水质净化的主要对象。对于粒径大于0.1毫米的泥沙颗粒去除较容易，通常能自然下沉，对于粒径较小的悬浮杂质和胶体颗粒，需投加混凝剂后才能去除。,3.有机高分子 如腐殖质等，是使水产生色、臭、味的主要原因之一。它们不属于胶体，但分子较大，某些特性与胶体有类似之处，而与低分子溶解杂质并不相同。这些杂质需投加大量混凝剂才能去除，比悬浮物和胶体杂质的去除更困难。,4.活的生物体 如藻类、原生动物及大多数细菌，按肢体尺寸一般属于悬浮物范围。它们的危害比一般的悬浮物、胶体严重的多，尤其是病原微生物。藻类和非致病细菌及其它浮游生物，虽对人体不构成威胁，但大量繁殖时使水产生色、臭、味，未经处理也不宜饮用。,形态各异的藻类,三、溶解杂质 溶解杂质是指溶于水中的一些低分子和离子。光线照射时能全部透过，因此外观透明。不可能用混凝、沉淀及过滤方法去除。主要有：钙、镁离子、重碳酸根、氢氧酸根和硫酸根等，此外还有少量的碳酸根、硅酸根、硝酸根以及氨根、铁、锰、铜等离子。这些杂质不能用混凝、沉淀、过滤的方法去除。只有在用于工业生产时，才根据用途要求，经过特殊处理加以去除。,四、溶解气体 天然水中的溶解气体主要是氧气和二氧化碳，有时也含少量氮、二氧化硫及硫化氢等其它一些气体。水中的氧气，主要来源于空气中的氧。有的也来自水生植物在光合作用下产生的氧。水中的二氧化碳来自有机物的分解、地壳中进行的化学变化和空气中的二氧化碳溶解。,第二节 给水处理方法概述,1.澄清 处理对象：造成水浑浊的悬浮物及胶体杂质。处理方法：主要有混凝、沉淀及过滤。原水中投加药剂后，经混合、反应使水中悬浮物及胶体杂质形成易于沉降的大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力沉降分离。滤池是利用具有空隙的颗粒滤料截留水中细小杂质的构筑物，用于进一步降低水的浊度。混凝、沉淀、过滤在去除浑浊度的同时，对有机色度物质、细菌乃至病毒等的去除也相当有效，特别是过滤。,给水处理的任务:将原水经过投药、混合反应、沉淀（澄清）、过滤、消毒等工艺过程，去除原水中所含的各种有害杂质，达到符合人们生活、生产所要求的标准的水，即达到生活饮用水标准或工业用水标准。,混凝 高密度沉淀池 后混凝 V型滤池,清水池,PACNaOH,PAM,PAC,CL2,NaOH,登沙河水厂工艺流程图,2.消毒,真空加氯机,消毒的处理对象：水中致病微生物，通常在过滤后进行。消毒方法：在水中投加氯气、漂白粉和其它消毒剂。也有采用臭氧、紫外线、二氧化氯、次氯酸钠等方法进行消毒的。,二氧化氯发生器,3.除臭、除味 去除臭和味的方法取决于水中臭和味的来源。例如，有机物产生的臭和味，可用活性碳吸附、投加氧化剂进行氧化和曝气充氧去除；因藻类繁殖而产生的臭和味，也可以投加氧化剂如氯气、高锰酸钾等去除藻类；因溶解盐所产生的臭和味，应采用除盐措施，等等。,4.除铁 处理对象：水中的二价铁Fe2+。除铁方法：天然锰砂接触过滤氧化和自然氧化法。二价铁氧化成三价铁沉淀物而被滤池所截留。,5.软化 处理对象：水中钙、镁离子。软化方法：离子交换法和药剂软化法。前者在于使水中的钙、镁离子与交换剂上的离子进行交换已达到去除目的；后者是在水中投加药剂如石灰等使钙、镁离子转变成沉淀物从水中分离出去。,6.淡化和除盐 处理对象：水中的各种溶解盐类，包括阴、阳离子。将高含盐量的水如海水及苦咸水处理符合生活饮用水要求的处理过程，一般称作水的“淡化”；制取纯水及高纯水的处理过程称为“除盐”。处理方法：蒸馏法、离子交换法、电渗析法和反渗透法等。总之，根据不同的原水水质和处理后的水质要求，上述各种方法可以单独使用，也可以几种方法结合使用形成不同的处理系统。在给水处理中，通常是数种方法并用，以达到最终保证出厂水水质的目的。,第三节 给水处理工艺,1.主要给水处理工艺 给水处理工艺中主要采用的单元工艺：曝气、混凝沉淀、过滤、化学沉析、离子交换、膜处理、化学氧化及消毒、吸附以及生物处理等。,混凝过程是通过向水中投加药剂使胶体物质脱稳并聚集成较大的颗粒，以使在后续的沉淀过程中分离或在过滤过程中被截留。混凝、沉淀、过滤是去除悬浮物质最主要的手段。化学沉析一般用于软化处理和除铁、除锰。离子交换在水处理中应用最多的领域是水的软化和脱盐。膜处理按其孔径的不同，对悬浮杂质、有机物、细菌、病毒等都有较好的去除效果。,曝气主要被用于去除水中溶解气体，例如二氧化碳、硫化氢、其他引起嗅、味的物质以及挥发性有机物。,膜处理,曝气池,化学氧化可以有多种目的，例如控制水池和管网中生物生长、降低色度、控制臭和味、特定有机物的去除、改善絮凝、鉄和锰的氧化以及消毒等。吸附一般用于溶解有机物的去除、色度的降低以及去除引起臭和味的物质。生物处理是近年来国内外研究较多的领域。通过实验，生物处理对氨氮有良好的去除效果，即使在低温时也能达70%左右。同时生物处理对于有机物、色度、铁、锰等也有一定的去除效果，而且还能减少后续工艺混凝剂的投加量。,颗粒活性炭,2.常规水处理工艺 所谓“常规水处理工艺”包含两层含义。其一是指被处理的原水在水温、浊度以及污染物含量方面均在常见的范围以内，其二是指所采用的处理工艺仅限于混凝、沉淀、过滤和消毒。因此，常规水处理工艺系指对一般浊度的原水采用混凝、沉淀、过滤、消毒的净水过程，以去除浊度、色度和细菌、病毒为主的处理工艺。,2.1只用消毒处理的简单工艺 原水-（消毒剂）-清水池-出水2.2采用慢滤池处理工艺 原水-慢滤池-（消毒剂）-清水池-出水2.3直接过滤（微絮凝过滤）处理工艺 原水-（混凝剂）-混合-絮凝-快滤池-（消毒剂）-清水池-出水2.4混凝、沉淀、过滤处理工艺 原水（氧化剂、PH调整剂）-（混凝剂）-混合-絮凝（絮凝剂）-沉淀、澄清、气浮-（助滤剂）快滤池-（消毒剂）-清水池（稳定剂）-出水,3.强化常规水处理 常规水处理的主要目的是去除水中浊度、色度和致病微生物。强化常规水处理工艺：在基本维持原有常规水处理构筑物不变的情况下，通过强化混凝和强化过滤等措施，在除浊的同时增加对有机物等的去除。3.1强化混凝：影响混凝去除有机物效果的因素有：水的PH值、水中有机物的种类、混凝剂品种和水的碱度等。强化混凝的主要方法有：加大混凝剂的投加量，使有机物的水化壳压缩，水解的阳离子与有机物阴离子电中和，消除由于有机物对无机胶体的影响，从而使无机胶体脱稳。调整PH值。水的PH值对有机物去除影响明显。当原水PH值较高时，可通过加酸来降低PH值，一般有机物较多时，PH调整到56效果较好。投加絮凝剂，增加吸附、架桥作用，使有机物宜被絮体粘附而下沉。完善混合、絮凝等设施，从水力条件上加以改进，使混凝剂能充分发挥作用，也是强化混凝的一个措施。,3.2强化过滤 过滤的主要功能是去除水中浊度和细菌，随着浊度的降低，水中有机物等也可得到相应的降低。因此，保证滤后水达到较低指标是滤池运行的关键。强化过滤要求在滤料中形成生物膜，既要有亚硝化杆菌，又要有硝化杆菌，使氨氮、亚硝酸盐氮都得到一定去除。强化过滤采取的主要措施和技术关键如下：选择合适的滤料。滤池的反冲洗既能有效的冲去积泥，又能保存滤料表面一定的生物膜。进滤池的水有足够的溶解氧。不能滤前加氯，滤池的反冲洗水也不应含余氯。滤池去除氨氮的效果与温度有密切关系。,4.低温低浊水处理工艺 在气候寒冷地区，冬季地表水水温降到03度，浊度降到1020NTU左右，这种低温低浊水很难处理，如仍然用常规的给水处理工艺，即使加大投药量，也难以达到饮用水水质标准。4.1低温季节时水质难处理的原因 现象：向水中投加混凝剂后，凝聚与絮凝作用非常缓慢，形成的絮体细小、轻松、不宜下沉，使絮凝沉淀和过滤效果很差，滤后水浊度较高。原因：经理论分析，水温低对絮凝沉淀的影响是很大的，是主要因素。此外，水温对混凝剂的水解反应也有明显的影响，水温低对无机盐类（铝、铁盐）的水解速度极为缓慢，再加上水温低时，水的粘度大，也会增加水流剪力，不利于微粒碰撞、凝聚和絮体成长，从而减慢了沉淀速度。要解决低温、低浊度水处理的技术难题，就应从改变混凝剂的性质上、促进絮体形成上以及提高浊度促进泥渣吸附等方面着手，以提高混凝沉淀效果，才能从根本上得到解决。,4.2低温低浊水处理方法 低温低浊水难处理的主要矛盾是絮凝过程效果不佳。在絮凝过程中，最终未能生成较大的絮体，低浊度的因素起重要影响。问题应从两方面解决。一是加强混凝过程，促使水中微粒逐渐生成粗大的絮体以便后续的沉淀、过滤创造良好的条件。为此，应选择合适的构筑物，投药除投加混凝剂外，还应投加助凝剂以改善絮凝效果。二是利用泥渣的剩余活性，相当于增加了水中颗粒的数目，固可保证有较充分的碰撞机会，消除低浊度引起的不足。,5.高浊度水处理工艺 高浊度水是指浊度较高、并有清晰的界面分离沉降的含砂水体。一般情况下，是以粒径d0.025mm为主组成的含砂量较高的水体。5.1不设调蓄水库的处理流程二次沉淀处理流程河道取水泵站（絮凝剂）-一次沉淀一次提升（混凝剂）-混合絮凝池-二次沉淀（澄清）池滤池（消毒）-清水池二级提升泵站输配水管网二级絮凝沉淀处理流程取水泵站（絮凝剂）-絮凝沉淀（沉砂）池（混凝剂）-混凝沉淀（澄清）池-滤池（消毒）-清水池送水泵站-输配水管网三级絮凝沉淀处理流程取水泵站（絮凝剂）-絮凝沉淀（沉砂）池（混凝剂和絮凝剂）絮凝池平流加斜管组合沉淀池（平流沉淀池加阻流墙渐变池沉淀池）-滤池（消毒）-清水池送水泵站-输配水管网,5.2设有调蓄水库的处理流程设浑水调蓄水库的处理流程黄河引水闸口或取水泵站沉砂条渠（挖泥船挖泥排至泥砂处置场）-一级泵站浑水调蓄水库（挖泥船挖泥排至泥砂处置场）-二级泵站（混凝剂）-混合絮凝池沉淀（澄清）池滤池（消毒）-清水池三级泵站-输配水管网 有的泥砂沉淀采用了絮凝沉淀：黄河取水泵站（絮凝剂）-絮凝沉淀池（机械排泥或水力排泥至泥砂处置场）-一级泵站-调蓄水库-二级泵站混合絮凝池-沉淀（澄清）池-滤池（消毒）-清水池三级泵站-输配水管网 调蓄水库的出水浊度一般在20-100NTU，特殊情况也小于250NTU。设清水调蓄水库的处理流程河道-取水泵站（絮凝剂）-一次沉淀（混凝剂）-二次沉淀滤池清水调蓄水库（消毒）-清水池二级泵站供水,5.3其他处理流程一次沉淀（澄清）处理流程河道-取水泵站（絮凝剂和混凝剂）-一次沉淀（澄清）池滤池（加氯）-清水调蓄水库-二级泵站-输配水管网取水泵站扬程较高时处理流程 在粗砂较多的河段，为了减轻水泵的磨损，在流程上取水泵选用低扬程、低转速，同时选择适当地形修建沉砂池，再由二级泵站提升至净水厂。黄河取水泵站（扬程1020米左右）-沉砂池（排泥至泥砂处置场）-二级泵站（扬程3050米左右）-调蓄水库（排泥）-净水厂（排泥）-输配水管网深度处理 泥砂对工业和城市污水中的污染物质有明显的吸附净化能力。但在非汛期河水含砂量很少，个别污染严重的取水河段，需根据污染物的性质和含量作进一步处理。例如：在滤池后设活性炭吸附装置，采取臭氧消毒等，也有采用强化混凝以处理微污染高浊度水。,练习题一、选择题1.水的浊度单位为（）。A.度 B.毫克/升 C.米/秒 D.NTU2.原水中杂质按照存在状态可分为三类：悬浮物、（）和溶解物。A.胶体 B.气体 C.离子 D.固体3.混凝、沉淀、（）、消毒是生活饮用水的常规处理工艺。A过滤 B加药 C混合 D絮凝 4.地表水作为饮用水源时，给水处理中主要的去除对象是（）。A.金属离子B.病原菌和细菌C.悬浮物和胶体物质D.有机物二、判断题1.净水处理的目的：通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用和工业使用要求的水质。（）2.原水加入混凝剂后，经快速混合流入絮凝池，在絮凝池中形成一定大小的絮体，然后进入滤池过滤，这种过滤工艺称作“微絮凝过滤”。（）,第二章 混凝 第一节 混凝的机理一、水中分散颗粒的稳定性 杂质在水中长期保持分散悬游状态的这种特性，叫做“分散颗粒稳定性”。粒径微小的悬浮物与胶体杂质均具有上述稳定性，只是程度不同而已。胶体颗粒具有稳定性的主要原因：微粒的布朗运动、胶体颗粒间的静电斥力和胶体颗粒表面的水化作用。1.布朗运动 布朗运动指胶体颗粒在水中作无规则的高速运动并趋于均匀分散状态。胶体颗粒尺寸很小，同时受到水分子撞击次数较小，各方向撞击力平衡抵消的机率较小，且因微粒质量 甚小而重力影响甚微，致使微粒在水中作无规则的高速运动并趋于均匀分散状态。这种运动既为“布朗运动”。,天然水中的胶体颗粒大多属于负电荷胶体。胶团内部滑动面上存在电位，两胶粒之间相互排斥不能聚集主要是由电位引起的，电位越高，两胶粒之间静电斥力越大，则两胶粒越不容易相互接触凝聚。相互接近的两胶粒之间还存在范德华引力。水中胶体微粒能否相互接近乃至结合，取决于布朗运动的动力、静电斥力和范德华引力的综合表现。或者说取决于上述三种力所产生的能量对比。,2.静电斥力,粘土胶团结构图,胶体相互作用势能曲线,静电斥力和范德华引力所产生的势能与微粒间距有关，两胶粒间范德华引力所具有的吸引势能可近似认为与胶粒间距的2次方成反比。当胶粒间距较大时，吸引势能可忽略不计。当两胶体微粒扩散层未发生重叠交联时，胶粒之间产生静电斥力，其静电排斥势能与胶粒间距大体按指数关系成反比变化。将排斥势能ER与吸引势能EA相加可得到总势能E，见Ex曲线。,3.水化作用 胶体表面未饱和价键或极性基团对极性水分子较强烈吸附，即强烈吸附使胶粒周围包裹了一层较厚的水化膜从而阻碍两胶粒相互聚集。,二、混凝机理 在水中投加混凝剂后，水中的混凝现象非常复杂。不同种类的混凝剂以及不同的水质条件，混凝剂的作用机理都有所不同。混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有四种：压缩双电层作用机理、吸附电性中和作用机理、吸附架桥作用机理和沉淀物的网捕、卷扫作用机理。1、压缩双电层作用机理 通过加入电解质压缩扩散层而导致胶粒脱稳凝聚的作用机理。脱稳：胶粒因电位降低而失去稳定性的过程。凝聚：脱稳胶体相互聚结形成微小絮凝体的过程。2、吸附电性中和作用机理 在水中投加适量的混凝剂，通过吸附作用，使胶体电性中和而达到脱稳凝聚的目的的作用机理。,3、吸附架桥作用机理 高分子物质为线性分子、网状结构，其表面积较大，吸附能力强。当高分子链的一端吸附了某一胶粒以后，另一端又吸附另一胶粒，形成“胶粒高分子胶粒”的粗大絮凝体，这时，高分子物质在胶体之间起吸附架桥作用。4、沉淀物的网捕、卷扫作用机理 无机盐混凝剂投量很多时（例如铝盐、铁盐），会在水中产生大量氢氧化物沉淀，形成一张絮凝网状结构，在下沉过程中网捕、卷扫水中胶体颗粒，以致产生沉淀分离。沉淀物的网捕、卷扫作用是一种机械作用。,第二节 混凝剂和助凝剂,一、混凝剂1、无机混凝剂（1）硫酸铝（aluminium sulfate，简写AS）,1）硫酸铝的特性 硫酸铝为白色结晶体，易溶于水，水溶液呈酸性，pH值在2.5以下。根据其中不溶于水的物质的含量，可分为精制和粗制两种。2）特点 硫酸铝使用方便，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响，但是水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮凝体较松散，处理效果不及铁盐混凝剂。,3）混凝机理 硫酸铝对胶体的混凝作用有两种情况：一是低pH值时吸附电性中和作用；二是高pH值时吸附架桥作用。因此，硫酸铝的最佳pH值范围是：去除浊度时，水的pH6.57.5，吸附架桥。去除色度时，水的pH4.55.5，吸附-电中性。,（2）聚合铝,聚合铝包括聚合氯化铝（PAC，polyaluminium chloride）和聚合硫酸铝（PAS），目前应用最广泛的是PAC。1）聚合氯化铝的特性 PAC是一种无机高分子混凝剂，又称碱式氯化铝或羟基氯化铝。PAC固体为黄色树脂状，易潮解，溶液为黄褐色透明液体。2）混凝机理 PAC的混凝机理与硫酸铝相同。,3）特点 适应水质范围较宽，对污染严重或低浊度、高浊度、高色度的原水都可达到较好的混凝效果。相对硫酸铝而言，混凝效果受稳定影响较小。形成絮体的速度较快，且粗大而厚重，沉淀性能好，投药量比较低，相同水质只用硫酸铝的1/21/3。水的pH59。腐蚀性小，且处理后水的pH值和碱度下降较小。价格比硫酸铝贵。,（3）三氯化铁（FeCl36H2O）1）三氯化铁的特性 三氯化铁为黑褐色结晶体，有强烈吸水性，极易溶于水，液体三氯化铁或受潮的固体物腐蚀性极大，必须用耐腐蚀加药设备。2）混凝机理 三氯化铁的混凝机理和硫酸铝类似。3）特点 易溶解、易混合，形成的絮凝体密度大，沉降快。处理低温水或低浊水效果比铝盐好。水的pH6.08.4，三氯化铁用量一般比铝盐少。溶液具有强腐蚀性，对金属腐蚀性最大，对混凝土也腐蚀，对塑料管也会因发热而引起变形。处理后的水的色度比用铝盐高，且投加量最佳范围较窄，如果控制不好，会导致出水的色度增大。固体产品易受潮，不易保管。,（4）硫酸亚铁（FeSO47H2O）,1）硫酸亚铁的特性 硫酸亚铁为半透明的绿色结晶体，俗称“绿矾”，易溶于水。2）特点 硫酸亚铁离解出的Fe2+只能生成简单的单核络合物，不如三价铁盐那样有良好的混凝效果。残留于水中的Fe2+会使处理后的水带色，当水的色度较高时，Fe2+与水中有色胶体反应，将生成颜色更深的不易沉淀的物质，因此生产中采用硫酸亚铁作为混凝剂时，通常将Fe2+氧化成Fe3+。,（5）聚合硫酸铁（PFS，polymerized ferrous sulfate）。1）聚合硫酸铁的特性 PFS为红褐色粘性液体，也有固体产品，固体为淡黄色的树脂状颗粒。2）特点 投药剂量低，形成絮体的速度较快，矾花粗大，沉降迅速。适应的水质条件较宽，基本上不用控制溶液pH值。与三氯化铁相比其腐蚀性大大减弱，产品在储运和使用过程中，对设备基本上无腐蚀作用。处理后水的色度和铁离子含量均较低。与铝絮凝剂相比，PFS对人体无生理毒性，是非常安全的水处理剂。,2、有机高分子混凝剂 有机高分子混凝剂一般都是线性高分子聚合物，人工合成的有机高分子混凝剂常分为阳离子型、阴离子型和非离子型。目前水处理中常用的是聚丙烯酰胺（PAM）。（1）聚丙烯酰胺特性,无色、无味、易溶于水，没有腐蚀性，常温下比较稳定。粉剂产品为白色或微黄色颗粒或粉末。2）特点 聚丙烯酰胺在混凝过程中吸附架桥作用显著，对于高浊水、低浊水和污水处理、污泥脱水都有显著的效果，同时用量较低，但是因其价格昂贵，使用受到一定限制，并且其单体丙烯酰胺有毒性，故生产中应严格控制产品中的单体残留量。一般在高浊度水处理中常用PAM作为助凝剂配合铝盐、铁盐使用，可大大降低药耗且效果显著。,二、混凝剂的选择 1、要求 混凝效果好，对人体和生产无害，使用方便，货源充足，价格低廉。2、考虑因素（1）原水水质，如对于低温低浊水，一般选用铁盐或PAC，并以活化硅酸作为助凝剂；对于高浊水，一般选用PAM或铝盐、铁盐加助凝剂PAM。（2）混凝剂本身技术特性，如适应性、腐蚀性、溶解性等。（3）经济因素，即价格低。（4）供应条件，应尽可能就地取材，且货源充足。三、混凝剂用量 1、试验值 一般采用烧杯搅拌试验测定最佳投药量。2、经验值 可参考类似水厂的投药量来确定。,四、助凝剂 当单独使用某种混凝剂不能取得较好效果时，可投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。从广义而言，助凝剂可分为三种：1、增重剂类 增重剂类指能改善絮凝体结构，促使细小而松散的絮凝体变得粗大而密实的一类药剂。如活化硅酸、PAM及HPAM、骨胶、海藻酸钠等。2、酸碱类 指用于水中pH值、碱度的一类药剂。如石灰、苏打。3、氧化剂类 如亚铁氯化法中的Cl2。,第三节 影响混凝效果的主要因素,一、原水条件 1、水温 水温对混凝效果有明显影响。水温低时，即使增加混凝剂的投加量，往往也难以取得良好的混凝效果。生产实践中表现为絮体细小、松散，沉淀效果差。造成温度对混凝影响的主要原因是：（1）无机盐混凝剂水解为吸热反应，低温时混凝剂水解困难。（2）水温低时水的粘度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，减少颗粒碰撞机会，不利于胶粒脱稳凝聚。同时水的粘度大，水流剪力增大，絮凝体容易破碎。（3）水温低时胶体水化作用增强，妨碍胶体凝聚。,2、pH值 对不同的混凝剂，水的pH值影响不同。（1）硫酸铝 硫酸铝作为混凝剂时，水的最佳pH值为：去除浊度时pH6.57.5，去除色度时pH4.55.5。（2）三氯化铁 三氯化铁适用的pH值范围比硫酸铝宽，最佳范围为：去除浊度时pH6.08.4，去除色度时pH3.55.0。（3）硫酸亚铁 使用硫酸亚铁作为混凝剂时，分两种情况考虑：1）当pH8.5时，通常采用亚铁氯化法将二价铁离子氧化成三价铁离子。2）当pH8.5时，且水中有足够溶解氧，则可完成二价铁离子氧化过程。但是天然水pH8.5，故可采取投加石灰的方法来提高水的pH值。高分子混凝剂对水的pH值变化适应性较强，故可不考虑。,3、碱度 铝盐和铁盐混凝剂投入水中后的水解反应过程，会不断产生H，从而导致水的pH值下降。要使水的pH值保持在最佳范围，则水中应有足够的碱性物质与H+中和。天然水中均含有一定碱度（通常是HCO3-），一般有两种情况：（1）当原水的碱度足够时，就能对水的pH值有缓冲作用。（2）当原水碱度不足或混凝剂投量较多，水中产生大量的H+时，必须投加石灰等碱性物质来中和水解过程中产生的H+。4、浊度（1）低浊水 1）投加高分子助凝剂活化硅酸或PAM。2）投加粘土，以增加混凝剂水解产物的凝结中心，提高碰撞速率。或者采用机械搅拌澄清池。3）采用直接过滤法。（2）高浊水 对于高浊度水，为了减少铝盐、铁盐等混凝剂的投加量，可投加PAM作助凝剂。,二、混凝剂的品种和投加量 1、混凝剂种类 选用不同的混凝剂在其它条件（如温度、pH、投加量等）相同时对同类废水进行试验，去除率高的为最佳混凝剂。2、投加量 最佳混凝剂投量应根据试验确定。在其它条件相同时，采用不同的投加量对废水进行混凝试验。,投加量出水浊度曲线,三、水力条件 脱稳胶体在布朗运动作用下不断碰撞凝聚，形成微絮凝体后又在水力或机械搅拌条件下进一步增大尺寸变成粗大絮凝体。这整个过程中絮凝效果好坏与碰撞速率的大小有非常直接的关系，而碰撞速率又与水力条件、搅拌强度等因素有关，因此，混凝过程中恰当地掌握外部水力条件是十分重要的。,一、混凝剂的配制与投加1.配制和投加系统 净水厂混凝剂的投加一般采用湿式投加，其系统包括药剂溶解、配制、计量、投加和混合等，如图所示：药剂（固体）-溶解池（加水、搅拌）-溶液池（加水、搅拌）-计量、投加设备-混合设备药剂（液体）-储液池（搅拌）药剂投加可以采用重力投加，也可以采用压力投加，一般采用压力投加的较多。1.1重力投加系统需设置高位溶液池，利用重力将药液投入水中。重力投加适合中小型水厂。重力投加输液管不宜过长，并力求平直，以避免堵塞和气阻。,第四节 混凝剂投加系统及设备,重力投加,1.2压力投加可采用水射器和加药泵两种方法。水射器投加具有设备简单、使用方便、不受溶液池高程所限等优点，但效率较低，并需另外设置水射器压力水系统，投加背压不能大于0.1MPa。加药泵投加常用的加药泵有：容积泵和离心泵。,水射器投加,加药泵投加,容积泵投加 净水厂加药，容积泵主要有两种：计量泵和螺杆泵。,螺杆泵,计量泵,当药液的黏度较高（例如PAM溶液）且投加量较大时，采用螺杆泵有适用于高粘度介质、投加量大、无脉动、管路简单等特点。但精度低、耐腐蚀有限且不能干运转，在选型设计时特别注意，必要时需配置辅助部件。计量泵是净水厂加药应用最为普遍的加药设备，具有压力输送药液和计量两种功能，与加药自控设备和水质监测仪表配合，可以组成全自动投药系统，达到自动调节药剂投加量的目的。目前常用的计量泵有隔膜泵和柱塞泵。隔膜计量泵又分机械隔膜计量泵和液压隔膜计量泵两类。采用计量泵投加具有计量精度高，加药量可调节，不受投加点背压所限制等优点，适合于各种规模的水厂和各种场合，但计量泵价格较高。,离心泵投加 离心泵在净水厂主要应用于药液提升和输送。以往净水厂使用的主要是耐腐蚀的机械密封离心泵，主要类型有普通耐腐蚀离心泵、自吸式耐腐蚀离心泵、液下耐腐蚀离心泵。这些机械密封式离心泵具有一个共同的缺点，即机械密封的泄漏造成环境污染和腐蚀。,2、混凝剂的配制及设施 混凝剂配制一般包括药剂溶解（对于固体混凝剂）和加水稀释至要求投加浓度两个过程。药剂溶解需设置溶解池，稀释一般在溶液池进行。在溶液池中为使药剂稀释均匀，大多配置搅拌设备，如机械搅拌机。对于液体混凝剂，为了适合投加的浓度，一般也设溶液池进行稀释。2.1.药剂溶解 混凝剂溶解可采用各种方法，一般采用的有：水力、机械、压缩空气等。水力溶解采用压力水对药剂进行冲溶和淋溶。优点：可以节省机电等设备。缺点：效率较低，溶药不够充分。机械溶解方法大多采用电动搅拌机。溶解效率高、溶药充分，便于实现自动控制操作。压缩空气溶解一般在溶解池底部设置环形穿孔布气管，气源一般由空压机提供。,2.2溶解池、溶液池和储药池的设计要点池子的体积 溶解池、溶液池的体积取决于溶液浓度和每日搅拌次数，通过计算确定。混凝剂的投加浓度一般在5%-20%之间。浓度高，池子体积及投加计量设备能力可减少，但投加精度随之降低。混凝剂的每日调制次数应根据水厂规模、生产管理要求、自动化水平以及药剂使用性质等因素来考虑确定，一般每日不超过3次为宜。近年来由于水厂自控和生产管理要求的提高，每日药剂调制次数减少，有些水厂每日仅调制1次。当使用液体混凝剂时需设置储液池，其体积应根据设计投加量和货源保障程度来确定，一般以1530天储存量为宜。,池子个数 溶解池、溶液池、储液池一般均设置2个或2个以上，其中一个备用。池子的防腐 池子一般采用钢筋混凝土结构，其内壁及接触到药剂的部位需做防腐处理。一般可涂衬防腐蚀材料。要考虑适当的残渣排除、放空措施，并在池底设不小于2%的坡度。池壁超高为0.30.5米，以防止搅拌时溶液溢出。溶液池需设溢流管，口径应大于进液管和稀释水管。,2.3提升设备 由溶解池或储液池到溶液池，以及当溶液池高度不足以重力投加时，均需设置药液提升设备，最常用的是耐腐蚀泵和水射器。3.投加计量设备 常用的投加计量设备有计量泵、转子流量计、孔口、浮杯等。计量泵由于计量精确高、可实现自动调节投加，尽管价格高，系统较复杂，仍被广泛采用。最常用的加药计量泵为隔膜计量泵，基本部件和作用如下：驱动器、齿轮机构、活塞、泵头、冲程调节器：计量泵加注系统按照所投的药剂、计量泵类型等的不同可有不同的配置，但从保证计量准确、运行安全等考虑，基本配置大致相同。计量泵校准柱、过滤器、脉冲阻尼器、背压阀、安全阀、压力水清洗系统。,计量泵设计和使用需注意的问题：选用合适的计量泵。一般净水厂混凝剂投加采用液压隔膜计量泵和机械隔膜计量泵。前者流量范围更广，计量精度高，后者单泵流量一般在1500升/小时。计量泵的材质是影响其性能、使用寿命和价格的重要因素。泵头材质一般采用聚氯乙烯、聚丙烯和不锈钢等；隔膜材质常用聚四氟乙烯（PTFE膜）、合成橡胶、强化尼龙复合膜等。为计量准确和实现自动控制调节加注量，一般每一加注点设一台或一台以上加注泵，不宜采用2个或2个以上的加注点共用一台加注泵。应设足够的备用台数。同一水厂或同一系统，应尽量采用相同型号和规格的计量泵，并配备足够的易损件和备件。投加特殊药剂（加碱、加酸系统）应注意计量泵及系统配件材质的耐腐蚀要求。,4.混凝剂投加的自动控制 混凝剂投加的自动控制主要方法：数学模拟法：数学模拟法是根据原水有关的水质参数，例如浊度、水温、PH值、碱度、溶解氧和原水流量等影响混凝效果的主要参数作为前馈值，以出水（沉淀后水）的浊度等参数作为后馈值，建立数学模式来自动调节加药量，即所谓闭环控制。现场小型装置模拟法：在生产现场建造一套小型装置模拟水厂净水构筑物的生产条件，找出模拟装置出水与生产构筑物出水之间的水质和加药量的关系，从而得出最优混凝剂投加量的方法。流动电流检测法（SCD法）：SCD法由在线SCD检测仪连续检测加药后水的流动电流，通过控制器将测得值与基准值比较，给出调节信号，从而控制加注设备自动调节混凝剂的投加量。显示式絮凝控制法（FCD法）:控制原理是将实测的非球状絮体换算成“等效直径”的絮体，以代表其沉淀性能，然后与沉淀出水浊度进行比较，来确定“等效直径”的目标值，通过设定的目标值来自动控制加注量。,第五节 混合和絮凝一、混合和絮凝的工艺要求 混合1.混合的基本要求 混合是将药剂充分、均匀地扩散于水体中的工艺过程，是取得良好混凝效果的重要前提。（1）作用 在混合阶段进行剧烈搅拌的目的是使药剂快速均匀地扩散在水中，使胶体脱稳凝聚，产生微絮凝体。（2）要求 混合要快速剧烈。2.混合设备 常用混合方式主要有：管式混合、水力混合、机械混合以及水泵混合等。管式混合无需设置专用混合池，混合效果较好，但受水量变化影响较大；水力混合设备简单，但不能适应流量变化，故已很少使用；机械混合可随流量变化而调节，但增加了机械设备及维护保养得工作量修；水泵混合没有专用的混合设施，但水泵必须与絮凝池相距较近。,絮凝1.絮凝过程 絮凝过程就是在外力的作用下，使具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞，而形成更大的絮粒，以适应沉降分离的要求。在净水构筑物中，完成絮凝过程的设备称为絮凝池。2.絮凝的条件 为了达到完善的絮凝，必须具备两个条件：具有充分絮凝能力的颗粒和保证颗粒获得适当的碰撞接触而不致破碎的水力条件。絮凝过程主要需满足以下条件：1）给水流以适当的能量，即创造有利的颗粒碰撞机会，又不致使已形成的絮粒破碎。2）需要有足够的絮凝反应时间。3）颗粒浓度在絮凝反应中起重要作用，浓度增加，接触碰撞机会也增加。4）为达到颗粒碰撞后聚集的目的，胶体颗粒脱稳和混凝是重要条件。,3.絮凝设备3.1隔板絮凝池 利用水流在隔板之间流速分布不均匀所造成的速度梯度，使颗粒碰撞达到絮凝目的。隔板絮凝池有往复式和回转式两种。（1）往复式隔板絮凝池是水流沿槽呈180转弯，来回往复前进，在转弯处消耗能量较大，有利于颗粒碰撞，但易引起絮粒破碎。（2）回转式隔板絮凝池是水流由中间进入，成90转弯，回转向外流出，转弯处能量消耗较往复式小，有利于避免絮粒破碎，但也减少了碰撞机会。因此，也出现了有利于絮凝的先往复、后回转等组合式的隔板絮凝池。,往复式隔板絮凝池,回转式隔板絮凝池,3.2折板絮凝池 折板絮凝池是由隔板絮凝池发展而来，有水平式和竖流式两种，但大多布置成竖流式折板絮凝池。其作用除同隔板絮凝增加转折碰撞外，更利用折板间多次转折或缩放水流形成涡流，使沿程能量消耗均匀，较好地絮凝。折板絮凝池根据折板相对位置的不同又可分为同波折板和异波折板等形式。,折板絮凝池,3.3栅条、网格絮凝池 栅条或网格絮凝池为90年代发展应用的池型。池内布置多层栅条或网格，水流以竖向流经过栅条或格网的能量消耗完成絮凝过程。由于栅条或格网形成的能耗比较均匀，使水体各部分的微絮粒可获得较一致的碰撞机会，因而所需絮凝时间相对较少，絮凝效果较好。栅条、格网絮凝池的构造，一般由上、下翻越的多格竖井所组成。各竖井的过水断面尺寸相同，因而平均速度也相同。为了控制絮凝过程中G值的变化，絮凝池前段采用密型栅条或网格，中段采用疏型栅条或网格，末段可不放置栅条或网格。,栅条或网格絮凝池,3.4机械絮凝池 机械絮凝池是通过电动机驱动的机械，带动叶片对水进行搅拌，使水运动以完成絮凝的絮凝池。调节叶片转速可适应水量及水质变化，絮凝效果稳定、较好。机械絮凝分为水平轴式和垂直轴式两种。叶片又可采用条形浆板或网状等形式。,垂直轴式机械絮凝池,水平轴式机械絮凝池,4.选择絮凝池形式的主要因素 影响絮凝池形式选择的主要因素有：4.1絮凝效果：絮凝效果的好坏应该是选择絮凝池中最主要的考虑因素，但是絮凝效果除了取决于絮凝池形式外，还在很大程度上受水质条件和设计选用指标的控制。从理论分析，合理的絮凝池形式应具有：在絮凝过程中有较大的G值变化范围。絮凝速度较快。不产生已絮凝颗粒的破碎。4.2水量规模4.3水质条件4.4运行条件 4.5工程造价和经常费用 4.6运行经验,5.絮凝池设计要点（1）反应流速应由大逐渐变小，并尽可能设控制流速措施。（2）应控制有足够的反应时间，不同型式絮凝池需要的反应时间也不同：隔板反应池为2030min，折板絮凝池为1015min，机械絮凝池为1520min，栅条、网格絮凝池为815min。（3）絮凝池内平均速度梯度G值为2070s-1，GT值104105。（4）絮凝池应尽量与后续的沉淀池合建，如确实需要分建时，连接段流速须小于0.100.15m/s。（5）低浊水缺乏凝聚核心，可利用泥渣回流促进絮凝反应过程。（6）絮凝池不少于两座，可交替使用。（7）各种絮凝池形式有各自的优缺点和适宜的水量、水质范围。实际设计运用中常可将两至三种反应形式组合。,练习题,一、选择题1.水厂反应池底部通常设（）排泥。A.虹吸泥机 B.刮泥小车 C.潜水泵 D.穿孔排泥管2.水厂沉淀池底部积泥，通常设（）刮泥，以利于将泥区内的泥排出。潜水泵 B.刮泥机 C.离心泵 D.计量泵 3.计量泵是水厂处理工艺中（）环节的常用设备。A.加氯 B.污泥脱水 C.过滤 D.加药4.水厂反应池前的投药点处设置静态混合器，目的是使（）和原水充分混合。A.氯气 B.泥渣 C.混凝剂 D.氢氧化钠5.分散颗粒是指（）的颗粒。A.不具絮凝性能 B.具有絮凝性能 C.悬浮物 D.胶体6.分散颗粒在下沉过程中，颗粒的大小、形状、重量（B）。会发生变化 B.不会发生变化 C.有时变化、有时不变化 D.只有大小发生变化7.絮凝颗粒具有絮凝性能，絮粒因碰撞聚集生成更大的絮体，在沉降过程中颗粒的沉速随絮粒增大（）。A.改变 B.不一定改变 C.减小 D.不改变。,二、判断题1.压力投加可采用水射器投加。（）2.药剂投加不可以采用重力投加，只允许采用压力投加。（）3.混凝剂溶解可采用各种方法，一般采用的有：水力、机械、压缩空气等。（）4.在混合阶段进行剧烈搅拌的目的是使药剂快速均匀地扩散在水中，使胶体脱稳凝聚，产生微絮凝体。（）5.水的pH值不影响混凝剂的使用效果。（）6.混凝是水中胶体粒子以及微小悬浮物分散的过程。（）7.聚合氯化铝通常作为净水工艺中的混凝剂使用。（）8.液压隔膜计量泵与机械隔膜计量泵相比，前者的计量精度不如后者（）,第三章 沉淀第一节 沉淀及沉淀设备概述,原水经过混合与絮凝过程后，水中胶体杂质已形成粗大絮凝体，必须采取某些处理方式使絮凝体从水中分离出来，从而获得澄清水。通常可采用沉淀池、澄清池或者气浮池工艺来去除水中悬浮颗粒。完成沉淀过程的构筑物主要有以下三类：1.以悬浮颗粒下沉而去除的沉淀池；2.通过微气泡于悬浮颗粒吸附，使其相对密度小于水而上浮去除得气浮池；3.通过沉淀的泥渣于原水悬浮颗粒接触吸附而加速沉降去除的为澄清池。完成沉淀工艺的构筑物称为沉淀池。沉淀池按其水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式等。此外，根据浅层沉淀池原理，利用斜板、斜管完成沉淀工艺的沉淀池称为斜板(斜管)沉淀池。竖流